En la ciencia del láser , el producto del parámetro del rayo ( BPP ) es el producto del ángulo de divergencia de un rayo láser (medio ángulo) y el radio del rayo en su punto más estrecho (la cintura del rayo ). [1] El BPP cuantifica la calidad de un rayo láser y qué tan bien puede enfocarse en un punto pequeño.
Un haz gaussiano tiene el BPP más bajo posible,, dónde es la longitud de onda de la luz. [1] La relación entre el BPP de un haz real y el de un haz gaussiano ideal en la misma longitud de onda se denota como M 2 (" M al cuadrado "). Este parámetro es una medida de la calidad del haz independiente de la longitud de onda.
La calidad de una viga es importante para muchas aplicaciones. En las comunicaciones por fibra óptica, se requieren haces con un M 2 cercano a 1 para el acoplamiento a la fibra óptica monomodo . Los talleres de máquinas láser se preocupan mucho por el parámetro M 2 de sus láseres porque los rayos se enfocarán en un área que es M 4 veces más grande que la de un rayo gaussiano con la misma longitud de onda y ancho de cintura D4σ; en otras palabras, la fluencia se escala como 1 / M 4 . La regla general es que M 2 aumenta a medida que aumenta la potencia del láser. Es difícil obtener una calidad de haz excelente y una potencia media alta (de 100 W a kW) debido a la lente térmica en el medio de ganancia del láser .
Medición
Hay varias formas de definir el ancho de una viga. Al medir el producto del parámetro de la viga y M 2 , se usa el ancho D4σ o "segundo momento" de la viga para determinar tanto el radio de la cintura de la viga como la divergencia en el campo lejano. [2]
El BPP se puede medir fácilmente colocando un detector de matriz o un perfilador de hendidura de escaneo en múltiples posiciones dentro del haz después de enfocarlo con una lente de alta calidad óptica y distancia focal conocida . Para obtener correctamente el BPP y M 2 se deben seguir los siguientes pasos: [3]
- Mida los anchos D4σ en 5 posiciones axiales cerca de la cintura de la viga (la ubicación donde la viga es más estrecha).
- Mida los anchos D4σ en 5 posiciones axiales al menos a una longitud de Rayleigh de la cintura.
- Ajuste los 10 puntos de datos medidos a , [4] donde y es el segundo momento de la distribución en la dirección xoy (ver sección sobre el ancho de la viga D4σ), y es la ubicación de la cintura de la viga con un segundo ancho de momento de . Al ajustar los 10 puntos de datos se obtiene M 2 ,, y . Siegman demostró que todos los perfiles de vigas (gaussianos, de superficie plana , TEMxy o de cualquier forma) deben seguir la ecuación anterior siempre que el radio de la viga utilice la definición D4σ del ancho de la viga. El uso de otras definiciones de ancho de viga no funciona.
En principio, se podría usar una sola medición en la cintura para obtener el diámetro de la cintura, una sola medición en el campo lejano para obtener la divergencia y luego usarlas para calcular el BPP. Sin embargo, el procedimiento anterior da un resultado más preciso en la práctica.
Los láseres de alta potencia, como los que se utilizan en la soldadura y el corte por láser, se miden normalmente mediante el uso de un divisor de haz para muestrear el haz. El haz muestreado tiene una intensidad mucho menor y se puede medir con un perfilador de hendidura de exploración o de borde de cuchillo. La buena calidad del haz es muy importante en las operaciones de corte y soldadura por láser. [5]
Ver también
Referencias
- ^ a b Paschotta, Rüdiger. "Producto de parámetro de haz" . Enciclopedia de Física y Tecnología Láser . RP Photonics. Archivado desde el original el 18 de octubre de 2006 . Consultado el 22 de septiembre de 2006 .
- ^ AE Siegman, " Cómo (quizás) medir la calidad del rayo láser ", presentación del tutorial en la reunión anual de la Optical Society of America, Long Beach, California, octubre de 1997.
- ^ ISO 11146-1: 2005 (E), "Láseres y equipos relacionados con láser. Métodos de prueba para anchos de rayo láser, ángulos de divergencia y relaciones de propagación del rayo. Parte 1: Rayos estigmáticos y astigmáticos simples".
- ^ AE Siegman, " Cómo (quizás) medir la calidad del rayo láser ", presentación del tutorial en la reunión anual de la Optical Society of America en Long Beach, California, octubre de 1997, p.9. (Tenga en cuenta que hay un error tipográfico en la ecuación en la página 3. La forma correcta proviene de las ecuaciones en la página 9.)
- ^ Aharon, Oren (20 de febrero de 2014). "Análisis de haz de alta potencia" . Proc. SPIE . 8963 . doi : 10.1117 / 12.2036550 .
Otras lecturas
- Wang, Zuolan; Drovs, Simon; Segref, Armin; Koenning, Tobías; Pandey, Rajiv (2011). Cálculo del producto de parámetros de rayo láser de diodo acoplado con fibra y reglas para un diseño optimizado (PDF) . SPIE Lase. Photonics West. Documento 7918-8. San Francisco, CA, Estados Unidos.